JP2007286559A - Heating device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に、被加熱材を加圧、加熱する加熱装置に関し、特に、例えば電子写真プロセス、静電記録プロセス、磁気記録プロセスなどを用いて記録材に形成された未定着トナー画像を加熱定着する加熱装置に関する。また、本発明は、斯かる加熱装置を有する画像形成装置に関する。 The present invention generally relates to a heating device that pressurizes and heats a material to be heated, and in particular, heats an unfixed toner image formed on a recording material using, for example, an electrophotographic process, an electrostatic recording process, a magnetic recording process, or the like. The present invention relates to a heating device for fixing. The present invention also relates to an image forming apparatus having such a heating device.
従来、例えば、電子写真方式等の複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置においては、画像形成プロセス手段により像担持体に、目的の画像情報に対応した潜像を形成する。この潜像は、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナーを用いて可視画像(トナー画像)となし、次いで、このトナー画像を、転写紙のような記録材の面に直接に、或いは、中間転写体を介して転写し、記録材面に未定着トナー画像を形成する。 Conventionally, for example, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a laser beam printer, a latent image corresponding to target image information is formed on an image carrier by an image forming process means. This latent image is made into a visible image (toner image) using toner made of heat-meltable resin or the like, and then this toner image is directly applied to the surface of a recording material such as transfer paper or intermediate transfer. The toner image is transferred through the body to form an unfixed toner image on the recording material surface.
未定着トナー画像を記録材面に永久固着画像として定着させる定着装置としては、熱ローラ方式の加熱装置が一般に用いられていた。この加熱装置では、所定の温度に加熱された加熱ローラと、該加熱ローラに圧接する加圧ローラによって被加熱材としての記録材を挟持搬送することでトナー画像を加熱加圧定着させる。 As a fixing device for fixing an unfixed toner image as a permanently fixed image on a recording material surface, a heating device of a heat roller type is generally used. In this heating apparatus, a toner image is heated and pressed and fixed by nipping and conveying a recording material as a heated material by a heating roller heated to a predetermined temperature and a pressure roller pressed against the heating roller.
近年、定着フィルム自身或いは定着フィルムに近接させた導電性部材に渦電流を発生させ、その時のジュール熱によって発熱させる加熱装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, there has been proposed a heating device that generates an eddy current in the fixing film itself or a conductive member close to the fixing film and generates heat by Joule heat at that time (see, for example, Patent Document 1).
また、加熱回転体のキュリー点を用いて、加熱回転体の温度を保持する提案がなされている(例えば、特許文献2参照)。
前述のようにキュリー点を用いて、加熱回転体の温度を保持した場合、加熱回転体がキュリー点を超えると常磁性になるため、磁束発生手段から発生した磁束が加熱回転体から放出してしまうという問題があった。このような現象が起こると、誘導加熱の効率が低下してしまう。 When the temperature of the heating rotator is held using the Curie point as described above, the heating rotator becomes paramagnetic when the Curie point is exceeded, so the magnetic flux generated from the magnetic flux generating means is released from the heating rotator. There was a problem that. When such a phenomenon occurs, the efficiency of induction heating decreases.
そこで、本発明の目的は、加熱回転体を用いる電磁誘導を用いた加熱装置にて、加熱回転体がキュリー点を超えた場合の磁束の放出の防止と効率の向上を図り、誘導加熱の効率を向上させることのできる加熱装置及び画像形成装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to prevent induction of magnetic flux and improve efficiency when the heating rotator exceeds the Curie point in a heating apparatus using electromagnetic induction using a heating rotator, and improve the efficiency of induction heating. It is an object to provide a heating device and an image forming apparatus that can improve the image quality.
上記目的は本発明に係る加熱装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、電磁誘導発熱性部材を有する加熱回転体と、前記電磁誘導発熱性部材に磁束を入れて発熱させる磁束発生手段と、前記加熱回転体に当接する加圧部材とを有し、前記加熱回転体と前記加圧部材との当接によって形成されるニップ部において被加熱材を挟持搬送して加圧及び加熱する加熱装置において、
前記電磁誘導発熱性部材をキュリー点近傍で使用し、前記磁束発生手段で発生した磁束で前記電磁誘導発熱性部材を通過した磁束を捕捉する磁束捕捉手段を設けたことを特徴とする加熱装置が提供される。
The above object is achieved by the heating device and the image forming apparatus according to the present invention. In summary, according to one aspect of the present invention, a heating rotator having an electromagnetic induction exothermic member, magnetic flux generating means for generating heat by putting magnetic flux in the electromagnetic induction exothermic member, and abutting the heating rotator. In a heating device that includes a pressure member, and pressurizes and heats the material to be heated in a nip formed by contact between the heating rotator and the pressure member,
A heating apparatus characterized in that the electromagnetic induction heat generating member is used in the vicinity of a Curie point, and a magnetic flux capturing means is provided for capturing the magnetic flux that has passed through the electromagnetic induction heat generating member with the magnetic flux generated by the magnetic flux generation means. Provided.
本発明の第二の態様によれば、記録材に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、この未定着トナー画像を前記記録材に熱定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、上記加熱装置であることを特徴とする画像形成装置が提供される。
According to a second aspect of the present invention, in an image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an unfixed toner image on a recording material; and a fixing device that thermally fixes the unfixed toner image on the recording material.
An image forming apparatus is provided in which the fixing device is the heating device.
本発明によれば、電磁誘導発熱性部材を用いた加熱回転体をキュリー点を超えて使用する場合に、加熱回転体から透過した磁束を磁束捕捉手段によって捕捉することができ、外部への磁束の漏れを防止できる。 According to the present invention, when the heating rotator using the electromagnetic induction heat generating member is used beyond the Curie point, the magnetic flux transmitted from the heating rotator can be captured by the magnetic flux capturing means. Can prevent leakage.
また、加熱回転体を通過した磁束によって磁束捕捉手段に発生した誘導電流により、加熱回転体を再度誘導加熱でき、誘導加熱効率を向上させることができる。 In addition, the heating rotator can be induction-heated again by the induced current generated in the magnetic flux capturing means by the magnetic flux that has passed through the heating rotator, and the induction heating efficiency can be improved.
以下、本発明に係る加熱装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。 Hereinafter, a heating device and an image forming apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
実施例1
図1に、本発明に係る加熱装置を備えた画像形成装置の一実施例を示す。本実施例にて、画像形成装置は、電子写真方式のタンデム型カラー画像形成装置とされるが、本発明の加熱装置を採用し得る画像形成装置はこれに限定されるものではない。
Example 1
FIG. 1 shows an embodiment of an image forming apparatus provided with a heating device according to the present invention. In this embodiment, the image forming apparatus is an electrophotographic tandem color image forming apparatus, but the image forming apparatus that can employ the heating apparatus of the present invention is not limited to this.
(1)画像形成装置
図1を参照して、先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成について説明する。
(1) Image Forming Apparatus With reference to FIG. 1, the overall configuration of the image forming apparatus of this embodiment will be described first.
本実施例にて、画像形成装置100は、画像形成装置本体100A内に4つの、即ち、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(Bk)の画像形成ステーションS(Sa、Sb、Sc、Sd)が画像送り方向に直列に並置されている。各画像形成ステーションS(Sa、Sb、Sc、Sd)は、それぞれ、画像形成手段を構成する像担持体としてのドラム状の電子写真感光体(以下「感光ドラム」という。)101(101a、101b、101c、101d)を備えている。各感光ドラム101の周囲には、更に、画像形成手段を構成する、帯電手段としての帯電装置102(102a、102b、102c、102d)、露光手段としての露光装置103(103a、103b、103c、103d)、及び、現像手段としての現像装置104(104a、104b、104c、104d)が配置される。また、各感光ドラム101の周囲には、クリーニング手段としてのクリーニング装置105(105a、105b、105c、105d)、及び、転写手段としての転写装置107(107a、107b、107c、107d)が配置されている。
In this embodiment, the
また、各画像形成ステーションSの感光ドラム101(101a、101b、101c、101d)と転写装置107(107a、107b、107c、107d)との間を通るように、転写ベルト106が配置されている。転写ベルト106は、支持ローラ106a、106bにて巻回張設されて矢印方向に移動可能とされる。
Further, the
上記構成の画像形成装置の画像形成動作について簡単に説明する。 An image forming operation of the image forming apparatus having the above configuration will be briefly described.
先ず、各画像形成ステーションSにて感光ドラム101が帯電ローラとされる帯電装置102により一様に帯電される。帯電された感光ドラム101上に画像形成装置本体100Aの上方部に配置されたレーザビームスキャナユニットとされる露光装置103から光像が照射され、感光ドラム101に画像信号に応じた静電潜像が形成される。
First, in each image forming station S, the
各現像装置104には、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの非磁性トナーと磁性キャリアが所定の混合比で混合された現像剤が所定量充填されている。各現像装置104に配置された現像ローラ104A(104Aa、104Ab、104Ac、104Ad)にて感光ドラム1上の潜像を順次各色のトナーで現像してトナー画像を形成する。
Each developing device 104 is filled with a predetermined amount of a developer in which a nonmagnetic toner of yellow, magenta, cyan, and black and a magnetic carrier are mixed at a predetermined mixing ratio. The developing roller 104A (104Aa, 104Ab, 104Ac, 104Ad) disposed in each developing device 104 sequentially develops the latent image on the
記録材カセット110に収容された記録材Pが、給紙ローラ111、搬送ローラ112などにより転写ベルト106上へと送給される。転写ベルト106により各画像形成部へと搬送される記録材P上に各感光ドラム上のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像が転写ローラとされる転写装置107により重ね転写される。
The recording material P stored in the
トナー画像が転写された記録材Pは、本実施例では、定着装置とされる加熱装置1へと搬送され、加熱装置1に形成された定着ニップ部によって、記録材P上のトナー画像を温度制御することにより熱定着させる。記録材Pは、加熱装置1にてトナー画像を定着した後、記録画像として装置外に排出される。
In this embodiment, the recording material P to which the toner image has been transferred is conveyed to a
一方、感光ドラム101(101a、101b、101c、101d)上に残留した転写残トナー等は、クリーニングブレード手段等を備えた感光ドラムクリーニング装置105(105a、105b、105c、105d)により清掃される。 On the other hand, residual toner or the like remaining on the photosensitive drum 101 (101a, 101b, 101c, 101d) is cleaned by a photosensitive drum cleaning device 105 (105a, 105b, 105c, 105d) including a cleaning blade unit.
次に、加熱装置について更に説明する。 Next, the heating device will be further described.
(2)加熱装置1
本実施例において定着装置として機能する加熱装置1は、電磁誘導加熱方式の加熱装置である。図2は、本実施例の加熱装置1の要部の横断側面を示す概略構成図であり、図3は、要部の正面概略図である。
(2)
In this embodiment, the
図2を参照すると、本実施例にて、加熱装置1は、加熱回転体10と、加熱回転体10に当接し、加熱回転体との間に定着ニップ部Nを形成する加圧部材30とを有する。
Referring to FIG. 2, in this embodiment, the
加熱回転体10は、電磁誘導性発熱回転体であり、本実施例では、円筒状の加熱ローラとされる。加熱ローラ10は、図4をも参照すると理解されるように、電磁誘導発熱性部材としての、芯金となる電磁誘導発熱性の金属等でできた発熱層11と、その外面に積層した弾性層12と、その外面に積層した離型層13の複合構造のものである。発熱層11と弾性層12との間の接着、弾性層12と離型層13との間の接着のために、各層間にプライマー層(図示せず)を設けてもよい。
The
加熱ローラ10において、発熱層11が内面側であり、離型層13が加圧部材30若しくは記録材(被加熱材)Pと接触する外面側である。
In the
加熱ローラ10の構成については、更に後述する。
The configuration of the
本実施例によると、更に、加熱ローラ10の内部には、電磁誘導発熱性部材、即ち、発熱層である芯金11に磁束を入れて発熱させる磁束発生手段15が配置される。
Further, according to the present embodiment, an electromagnetic induction heat generating member, that is, a magnetic flux generating means 15 for generating heat by putting magnetic flux into the cored
磁束発生手段15は、本実施例では、図2に示すように、磁性コア17a、17b、17c及び励磁コイル18を備えている。磁性コア17aは、加熱ローラ10の断面にて略中心部から鉛直方向に、即ち、半径方向に延在し、磁性コア17b、17cは、加熱ローラ10の断面にて略中心部に位置する磁性コア17aから水平方向両側へと半径方向に延在している。
In this embodiment, the magnetic flux generation means 15 includes
また、磁性コア17a、17b、17c及び励磁コイル18は、その上面が加熱ローラ10の内面に沿って円弧状とされ、その上方円弧状部に配置された円弧状のホルダ16にて一体に保持されている。従って、磁性コイル18は、ホルダ16と、磁性コア17a、17b、17cとの間に固定状態に配置されている。
Further, the
更に、励磁コイル18の上方円弧状部とは反対側の、磁性コア17b、17cにて形成されている平坦な下面が、絶縁部材19を介して保持ステイ22に担持されている。これにより、磁束発生手段15は、加熱ローラ10内にローラ長手軸線方向に沿って設置されている。保持ステイ22は、鉄、アルミニウム、ステンレス、非磁性ステンレスなどの金属材料を用いることができる。また、磁束発生手段15を保持できればよく、耐熱性樹脂で代用することもできる。
Further, a flat lower surface formed by the magnetic cores 17 b and 17 c on the side opposite to the upper arc-shaped portion of the
磁性コア17a、17b、17cは、高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは、100kHz以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。また、ケイ素鋼板などを積層した鉄心を用いることもできる。
The
励磁コイル18は、コイル(線輪)を構成させる導線(電線)として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの(束線)を用い、これを複数回巻いて励磁コイルを形成している。また、励磁コイル18には、励磁回路(図示せず)が接続されており、20kHzから500kHzの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。そして、励磁コイル18は、励磁回路から供給される交番電流(高周波電流)によって交番磁束を発生する。
The
上述のように、ホルダ16は、横断面略半円弧状樋型であり、磁性コア17a、17b、17cと励磁コイル18を内側に保持している。また、ホルダ16の外側には空隙をもって、円筒状の電磁誘導性発熱回転体である加熱ローラ10が回転可能に配設してある。
As described above, the
磁束発生手段15によって発生した磁束は、磁性コア17a、17b、17cに導かれ、磁性コア17aと磁性コア17bとの間、そして磁性コア17aと磁性コア17cとの間において、加熱ローラ10の発熱層11に渦電流を発生させる。この渦電流は、発熱層11の固有抵抗によって、発熱層11にジュール熱(渦電流損)を発生させる。
The magnetic flux generated by the magnetic flux generation means 15 is guided to the
次に、図2〜図4を参照して加熱ローラ10について更に説明する。図4は、上述したように、本実施例における加熱ローラ10の層構成模式図である。
Next, the
本実施例の加熱ローラ10は、発熱層11に上述した交番磁束が作用することにより、発熱層11に渦電流が発生して発熱層11が発熱する。この熱が弾性層12、離型層13に伝達されて、加熱ローラ10全体が加熱され、定着ニップ部Nに通紙される記録材Pを加熱してトナー画像tの加熱定着がなされる。
In the
発熱層11としては、ニッケル−鉄合金、ニッケル、鉄、強磁性ステンレス、ニッケル−コバルト合金、パーマロイといった強磁性体の金属を用いる。又、発熱層11の厚さは、次の式で表される表皮深さδ[m]より厚く、且つ1.5mm以下にすることが好ましい。
As the
発熱層11の厚さをこの範囲とすれば、発熱層11が電磁波を効率よく吸収することができるため、効率良く発熱させることができる。
If the thickness of the
ここで、fは励磁回路の周波数[Hz]、μは発熱層1の透磁率、κは発熱層1の導電率である。
Here, f is the frequency [Hz] of the excitation circuit, μ is the magnetic permeability of the
この表皮深さδは、電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は1/e以下になっている。換言すれば、殆どのエネルギーはこの深さまでで吸収されている(図5に示す発熱層深さと電磁波強度の関係を参照)。 This skin depth δ indicates the depth of absorption of electromagnetic waves used for electromagnetic induction, and the intensity of the electromagnetic waves is 1 / e or less deeper than this. In other words, most of the energy is absorbed up to this depth (see the relationship between the heat generation layer depth and the electromagnetic wave intensity shown in FIG. 5).
発熱層11の厚さは、より好ましくは0.1〜0.8mmがよい。発熱層11の厚みが上記範囲よりも薄い場合には、ローラとして形状の保持が困難になる。又、発熱層11が上記範囲よりも厚い場合には、熱容量が大きくなり昇温速度が遅くなる。
The thickness of the
また、発熱層11は、キュリー温度を通常の使用温度内に設定する。強磁性体は、キュリー点に達すると常磁性になるため、励磁コイル18で発生した磁束は発熱層11を貫通する。つまり、発熱層11に対して貫通磁束のみとなるため発熱層11の単位面積当りの磁束が減少し、発熱量が激減する。
Moreover, the
例えば、キュリー点を定着温度近傍に設けることにより、所定の定着温度を維持することができる。つまり、通紙により加熱ローラ10の温度が低下してキュリー点を下回ると再び発熱層11が誘導加熱され、それによって、キュリー点近傍で自己温調される。
For example, a predetermined fixing temperature can be maintained by providing the Curie point in the vicinity of the fixing temperature. That is, when the temperature of the
弾性層12は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等の、耐熱性、熱伝導率が良い材質が好ましく用いられる。
The
弾性層12の厚さは、定着画像品質を保証するために0.05〜3mmであることが好ましい。カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等では、記録材P上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、記録材Pの凹凸或いはトナー画像tの凹凸に加熱面(離型層13)が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。即ち、伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。弾性層12の厚さが上記範囲よりも小さい場合には、上記離型層13が記録材P或いはトナー画像tの凹凸に追従しきれず、画像光沢ムラが発生してしまう。又、弾性層12が上記範囲よりも大きすぎる場合には、弾性層12の熱抵抗が大きくなりすぎ、熱応答性が遅くなる。この弾性層12の厚さは、より好ましくは0.1〜2.5mmが良い。
The thickness of the
弾性層12は、硬度が高すぎると記録材P或いはトナー画像tの凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層12の硬度としては60゜以下(JIS−A:JIS K Aタイプの測定装置使用)、より好ましくは45゜以下がよい。
If the hardness of the
弾性層12の熱伝導率λは、0.25〜0.84W/m・Kであることが好ましい。熱伝導率λが上記範囲よりも小さい場合には、熱抵抗が大きすぎて、定着フィルム10の表層(離型層13)における温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが上記範囲よりも大きい場合には、弾性層12の硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが発生しやすくなる。
The thermal conductivity λ of the
離型層3は、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、PFA、PTFE、FEP等の離型性且つ耐熱性のよい材料を用いることが好ましい。 The release layer 3 is preferably made of a material having good release properties and heat resistance such as fluororesin, silicone resin, fluorosilicone rubber, fluororubber, silicone rubber, PFA, PTFE, and FEP.
離型層13の厚さは1〜100μmが好ましい。離型層13の厚さが上記範囲よりも薄い場合には、塗膜の塗ムラが生じ、離型性の悪い部分が発生したり、耐久性が不足するといった問題が発生する。又、離型層13の厚さが上記範囲よりも厚い場合には、熱伝導が悪化する。特に、離型層13に樹脂系の材質を用いた場合は、離型層13の硬度が高くなりすぎて、弾性層12の効果がなくなってしまう。
The thickness of the
本実施例にて加圧部材30としての加圧ローラは、芯金30aと、芯金30a周りに同心一体にローラ状に成形被覆させたシリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層30bとで構成されており、表層に離型層30cを設けてある。各層の厚さ、材料は加熱ローラ10と同様に選択することができる。
In this embodiment, the pressure roller as the
加熱ローラ10、加圧ローラ30ともに、離型層13及び弾性層12は、例えば、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックやアルミニウムなどの金属紛を混ぜることで導電性を付与することができる。
In both the
また、本実施例では、図3に示すように、温度検知素子26、27を加熱ローラ10の外部に設置してある。温度検知素子26、27と加熱ローラ10とを非接触状態としたが、応答性の向上及び精度の向上の目的で接触状態に設置することも可能である。また、内部に配設することも可能である。温度検知素子26は加熱ローラ10の長手方向中央に、温度検知素子27は最大用紙幅LPmaxより内側に配設した。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the
図3に示すように、加熱ローラ10は、軸受け41を介して定着フレーム44に回転可能に支持されている。加圧ローラ30は、軸受け42を介して加圧手段としての加圧スプリング45により加圧ローラ30が加熱ローラ10に押圧されるように付勢されている。また、加熱ローラ10の一端には、ギア43が加熱ローラ10と一体で回転するように取り付けられている。また、加熱ローラ10は、駆動手段Mにより矢示の時計方向(図2参照)に回転駆動される。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、本実施例の加熱装置1によると、加熱ローラ10の外側に位置し、且つ、磁束発生手段15と対向して磁束捕捉手段50が配置されている。
As shown in FIG. 2, according to the
磁束捕捉手段50は、磁束捕捉コイル51と磁性コア52とを備えている。磁束捕捉コイル51は、励磁コイル18と対向配置して、加熱ローラ10の外周面に沿って、所定の距離離間して配設する。図6に示すように、磁束捕捉コイル51は開放端を持たない閉ループで構成される。磁束捕捉コイル51は、励磁コイル18と同様にコイル(線輪)を構成させる導線(電線)として、一本ずつがそれぞれ絶縁被覆された銅製の細線を複数本束ねたもの(束線)を用いることができる。また、単線やシートコイルを用いることもできる。線の太さや巻数は周波数と単位面積あたりに流れる電流に応じて決めることができる。
The magnetic flux capturing means 50 includes a magnetic
磁束捕捉コイル51の外側には、磁束捕捉コイル51の外周に沿って磁性コア52を配設する。これら、磁束捕捉コイル51及び磁性コア52は、絶縁性支持部材(図示せず)により保持され、加熱ローラ10との離間距離を保持する。
A
加熱ローラ10の発熱層11でキュリー点を超えた部分から貫通してきた磁束は、磁束捕捉コイル51に誘導電流を発生させる。磁束捕捉手段50は、発熱層11の長手に沿って配設されているので、発生した誘導電流は、発熱層11のキュリー点を超えていない部分を誘導加熱する。従って、発熱層11がキュリー点を超えることでキュリー点を超えた部分から外部に放出され発熱に寄与しなかった磁束を、磁束捕捉手段50が捕捉し、再度、発熱層11の発熱に利用できるので、消費電力の削減を図ることができる。
The magnetic flux penetrating from the portion exceeding the Curie point in the
具体的な例として、以下に2つ説明する。 Two specific examples will be described below.
(1)ローラ端部温度低下に対して
励磁コイル18による長手方向の発熱量を一定にした場合、加熱ローラ10は端部の方が外気に触れる表面積が大きいためローラ端部の温度が低下する。このため、一般的にローラ端部の温度を維持するために中央部の温度を高く設定することが行なわれる。または、磁束発生手段15による配熱調整を行なう必要がある。
(1) With respect to temperature drop at the roller end When the heat generation amount in the longitudinal direction by the
本実施例では、加熱ローラ10の温度は温度検知素子27を用いて温調する。また、加熱ローラ10の表面温度が定着温度近傍になるように発熱層11のキュリー点を設定することでローラ中央部の温度は定着温度近傍で維持される。磁束発生手段15で発生した磁束は、発熱層11がキュリー点に達すると貫通して外側に漏れ、磁束捕捉コイル51に誘導電流を発生させる。磁束捕捉コイル51に発生した誘導電流は、加熱ローラ10のキュリー点を超えていない端部側を誘導加熱し、発熱を補助することができる。
In this embodiment, the temperature of the
よって、長手に渡って均一な温度分布を実現すると共に、消費電力の削減を図ることができる。なお、均一な温度分布により、記録材全面に渡り良好な定着状態を得ることが可能となり、トナーが全面にあるような画像においても、中央と端部での光沢差を小さくすることもできる。 Therefore, it is possible to achieve a uniform temperature distribution over the length and reduce power consumption. The uniform temperature distribution makes it possible to obtain a good fixing state over the entire surface of the recording material, and even in an image where the toner is on the entire surface, the difference in gloss between the center and the edge can be reduced.
(2)非通紙部昇温に対して
図3に示すように、記録材Pの幅をLPとし、最大通紙幅をLPmax、最小通紙幅をLPmin、励磁コイル18の内側の幅をLCとする。本実施例では、加熱ローラ10の温度は温度検知素子26を用いて温調する。例えば、励磁コイル18の内側の幅LCよりも狭い記録材Pを通紙した場合、つまりLP<LCとした場合、加熱ローラ10の長手において、記録材Pより外側の非通紙部、即ち、記録材Pが通紙されない部分は、記録材Pに熱を奪われないため、通紙部よりも温度が高くなる。このため、非通紙部は、通紙部よりも先にキュリー点に達する。キュリー点に達した部分は磁束が貫通するため昇温が収まる。発熱層11を貫通した磁束は、磁束捕捉手段50を構成する磁束捕捉コイル51に誘導電流を発生させ、発生した誘導電流は、発熱層11でキュリー点に達していない部分を誘導加熱することができる。
(2) With respect to non-sheet passing portion temperature rise As shown in FIG. 3, the width of the recording material P is L P , the maximum sheet passing width is L Pmax , the minimum sheet passing width is L Pmin , and the inner width of the
図7に、本実施例の変更例を示す。 FIG. 7 shows a modification of this embodiment.
つまり、図7に示すように、加熱ローラ10に対して励磁コイル18と磁束捕捉コイル51の役割を入れ替えることもできる。
That is, as shown in FIG. 7, the roles of the
つまり、本変更例によると、加熱ローラ10の内部に、磁束捕捉コイル51及び磁性コア52を備えた磁束捕捉手段50が配置される。
That is, according to this modification, the magnetic flux capturing means 50 including the magnetic
本変更例では、図7に示すように、磁性コア52は、加熱ローラ10の断面にて略中心部から鉛直方向に、即ち、半径方向上方向、及び、水平方向両側、即ち、半径方向左右方向に延在している。
In this modified example, as shown in FIG. 7, the
また、磁性コア52及び捕捉コイル51は、その上方円弧状部に配置された円弧状とされるホルダ16にて一体に保持されている。従って、捕捉コイル51は、ホルダ16と、磁性コア52との間に固定状態に配置されている。
Further, the
更に、捕捉コイル51の上方円弧状部とは反対側の、磁性コア52にて形成されている平坦な下面が、絶縁部材19を介して保持ステイ22に担持され、これにより、磁束捕捉手段50は、加熱ローラ10内に設置されている。
Further, a flat lower surface formed by the
一方、磁束発生手段15は、励磁コイル18が、磁束捕捉コイル51と対向配置して、加熱ローラ10の外周面に沿って、所定の距離離間して配設される。
On the other hand, in the magnetic flux generation means 15, the
励磁コイル18の外側には、励磁コイル18及び磁性コア17を保持する絶縁性支持部材(図示せず)が配置されており、加熱ローラ10との離間距離を保持している。
An insulating support member (not shown) that holds the
つまり、加熱ローラ10の外側に励磁コイル18を配設し、高周波電源を接続すると共に、加熱ローラ10の内部に閉ループで構成した磁束捕捉コイル51を配設することができる。
That is, the
本変更例の構成では上述した実施例の構成と同様の効果を得ることができる。また、適宜、磁性コア17、或いは、磁性コア51は、省略することが可能である。
In the configuration of this modification, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Further, the
実施例2
本発明に係る加熱装置の第二の実施例について説明する。実施例1の加熱装置1の構成においては、定着回転体10として加熱ローラを使用したが、本実施例では、定着回転体10として、加熱ローラの代わりに定着フィルムを用いた。その他の構成は、実施例1の構成と同様であり、実施例1の加熱装置1における部材と同一の構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、再度の説明を省略する。
Example 2
A second embodiment of the heating device according to the present invention will be described. In the configuration of the
本実施例において、図8及び図9において、加熱回転体としての定着フィルム10は、円筒形状の電磁誘導発熱部材であり、磁場の作用によって発熱する発熱層を基層11とし、その外周に弾性層12と離型層13を有した積層構成となっている。
8 and 9, the fixing
フィルムガイド部材20は、横断面略半円弧状であり、円筒状の定着フィルム10をルーズに外嵌させてある。加圧用剛性ステイ22は、フィルムガイド部材20の上方に配設した横長の部材であり、加圧用剛性ステイ22とフレーム44の間に縮設された加圧バネ(加圧手段)45による加圧力をフィルムガイド部材20に伝えている。
The
フランジ部材23は、フィルムガイド部材20の長手方向両端部に外嵌し、前記長手方向の位置が一定とされ、加圧用剛性ステイ22に軸受け(図示せず)にて回転自在に取り付けられている。これにより、フランジ部材23は、定着フィルム10の端部を規制し、保持する。このフランジ部材23は、定着フィルム10の端部を保持しており、定着フィルム10と共に回転し、また、定着フィルム10を円筒形に維持し、左右への寄りと定着フィルム10の損傷を防止している。
The
加圧部材としての加圧ローラ30は、実施例1と同様の構成とされ、芯金30aの両端部は、加熱装置のシャーシ側板金(図示せず)の間に導電性軸受けを介して回転自由に保持させて配設してある。
The
加圧ローラ30は、駆動手段Mにより、芯金30aに取り付けられたギア43により図8中矢示の反時計方向(図8参照)に回転駆動される。この加圧ローラ30の回転駆動による加圧ローラ30と定着フィルム10の外面との摩擦力で定着フィルム10に回転力が作用する。これによって、定着フィルム10が定着ニップ部Nにおいてその内面をフィルムガイド部材20の下面に密着させて摺動する。従って、定着フィルム10は、矢示の時計方向に加圧ローラ30の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド部材20の外回りを回転状態になる。
The
この場合、定着ニップ部Nにおけるフィルムガイド部材20の下面と定着フィルム10の内面との相互摺動摩擦力を低減化させるために定着ニップ部Nのフィルムガイド20の下面と定着フィルム10の内面との間に耐熱性グリスなどの潤滑剤を介在させる。或いは、フィルムガイド部材20の下面を潤滑部材で被覆するようにすることもできる。フィルムガイド部材20は、定着ニップ部Nへの加圧及び定着フィルム10を支持し、前記フィルム10の回転時の搬送安定性を図る役目をする。
In this case, in order to reduce the mutual sliding frictional force between the lower surface of the
フィルムガイド部材20の材質としては、定着フィルム10との絶縁を確保するために絶縁性に優れ、耐熱性がよいものがよい。例えば、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂、LCP樹脂などを選択するとよい。
The material of the
本実施例の定着フィルム10の層構成は、実施例1で述べた加熱ローラ10と同様の構成であり、上述のように、基層となる電磁誘導発熱性の発熱層11と、その外面に積層した弾性層12と、その外面に積層した離型層13の複合構造のものである。発熱層11と弾性層12との間や、弾性層12と離型層13との間の接着のため、各層間にプライマー層を設けてもよい。
The layer structure of the fixing
このような層構成であって円筒形状である本実施例の定着フィルム10は、発熱層11を内面側とし、離型層13を外面側としている。
The fixing
前述したように、発熱層11に交番磁束が作用することで発熱層11に渦電流が発生して発熱層11が発熱する。その熱が弾性層12、離型層13を介して定着ニップNに通紙される被加熱材としての記録材Pを加熱してトナー画像tの加熱定着がなされる。
As described above, when the alternating magnetic flux acts on the
ここで、発熱層11の厚さは好ましくは1〜100μmがよい。発熱層11の厚みが1μmよりも小さいとほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる。また、発熱層11が100μmを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が悪くなり回転体として使用するには現実的ではない。従って、発熱層11の厚みは1〜100μmが好ましい。
Here, the thickness of the
なお、発熱層11の内側に断熱層や摺動層を設けることも可能である。
It is also possible to provide a heat insulating layer or a sliding layer inside the
本実施例の構成では、実施例1の効果に加えて、加熱回転体として定着フィルム10を用いることで実施例1の加熱ローラ10と比較して熱容量を小さくできるため、クイックスタートが可能となる。
In the configuration of the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the use of the fixing
実施例3
本発明に係る加熱装置の第三の実施例について説明する。実施例1の加熱装置1の構成においては、磁束発生手段15の励磁コイル18は、加熱ローラ10の内側で、しかも、加圧ローラ30とは反対側に位置して配置された。また、磁束捕捉手段50は、加熱ローラ10の外側で、励磁コイル18と対向して配置された。
Example 3
A third embodiment of the heating apparatus according to the present invention will be described. In the configuration of the
本実施例では、励磁コイル18を加熱ローラ10の内側で加圧ローラ30の側に配設し、磁束捕捉手段50を加圧ローラ30の内側に配設した。その他の構成は、実施例1の構成と同様であり、実施例1の加熱装置1における部材と同一の構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、再度の説明を省略する。
In this embodiment, the
本実施例において、図10に示すように、加熱ローラ10の発熱層11がキュリー点に達すると、前述のように磁束が加熱ローラ10を貫通し、加圧ローラ30の芯金30aに達する。
In this embodiment, as shown in FIG. 10, when the
なお、本実施例では加圧ローラ芯金30aにも加熱ローラ10と同様に強磁性金属を用いる。
In the present embodiment, a ferromagnetic metal is used for the
ここで、加熱ローラ芯金11のキュリー点をTCT、加圧ローラ芯金30aのキュリー点をTCKとする。TCT>TCKとし、加熱ローラ10がキュリー点に達した時点で加圧ローラ芯金温度がキュリー点以上になるように設定することで、加熱ローラ10でキュリー点に達した部分の磁束が加圧ローラ30の内部に配設した磁束捕捉コイル51に到達する。加熱ローラ10の発熱層11でキュリー点に達した部分から貫通してきた磁束は、磁束捕捉コイル51に誘導電流を発生させ、発生した誘導電流は、加圧ローラ30の発熱層30aのキュリー点を超えていない部分を誘導加熱する。
Here, the Curie point of the heating roller core metal 11 T CT, the Curie point of the pressing
従って、本実施例の構成においては、加圧ローラ10内に磁束捕捉手段50を配設したことで、装置の大型化することなく実施例1と同様の効果を得ることができる。
Therefore, in the configuration of the present embodiment, by providing the magnetic flux capturing means 50 in the
また、本実施例の変形例として、図11のように、加熱回転体10及び加圧部材30として、それぞれ、加熱ローラ及び加圧ローラを使用する代わりに、加熱ベルト61及び加圧ベルト64を使用する構成とすることも可能である。
As a modification of the present embodiment, as shown in FIG. 11, instead of using a heating roller and a pressure roller as the
本変形例では、加熱ベルト61はテンションローラ62、63に張架されており、加圧ベルト64も同様にテンションローラ65、66に張架される。加圧ベルト64の構成は加熱ベルト61と同様の構成とすることができる。
In this modification, the
つまり、加熱ベルト61及び加圧ベルト64は、それぞれ、無端ベルト形状の電磁誘導発熱部材であり、磁場の作用によって発熱する発熱層を基層61a、64aとし、その外周に弾性層61b、64bと離型層61c、64cを有した積層構成となっている。
That is, each of the
加熱ベルト61及び加圧ベルト64を互いに当接させ、記録材Pを挟持搬送するためのニップ部を形成するベルトガイド71、72が配置される。このベルトガイド71、72は、それぞれ、磁束発生手段15の励磁コイル18と磁性コア17のホルダ、及び、磁束捕捉手段50の磁束捕捉コイル51と磁性コア52のホルダを兼ねている。磁束発生手段15及び磁束捕捉手段50の構成は、先の実施例と同様の構成とされる。従って、再度の説明は省略する。
Belt guides 71 and 72 are arranged to form a nip portion for holding the recording belt P between the
なお、本実施例及び本変形例によると、上記加圧ローラ30及び加圧ベルト64には発熱層30a、64aを設けなくても同様の作用効果を得ることができる。つまり、この場合においては、磁束捕捉手段50により、加熱ローラ10及び加熱ベルト64の発熱層11、61aを発熱させることとなる。
According to this embodiment and this modification, the same operational effects can be obtained without providing the heat generating layers 30a and 64a on the
1 定着装置(加熱装置)
11 発熱層(電磁誘導発熱性部材)
12 弾性層
13 離型層
10 加熱ローラ、定着フィルム(加熱回転体)
15 磁束発生手段
16 ガイド部材
17(17a、17b、17c) 磁性コア
18 励磁コイル
20 フィルムガイド部材
22 保持ステイ
26、27 温度検知素子
30 加圧ローラ(加圧部材)
50 磁束捕捉手段
51 磁束捕捉コイル
52 磁性コア
61 加熱ベルト(加熱回転体)
64 加圧ベルト(加圧部材)
100 画像形成装置
N 定着ニップ部
P 記録材
1 Fixing device (heating device)
11 Heat generation layer (electromagnetic induction heat-generating member)
12
DESCRIPTION OF
50 Magnetic Flux Capture Means 51 Magnetic
64 Pressure belt (pressure member)
100 Image forming apparatus N Fixing nip P Recording material
Claims (7)
前記電磁誘導発熱性部材をキュリー点近傍で使用し、前記磁束発生手段で発生した磁束で前記電磁誘導発熱性部材を通過した磁束を捕捉する磁束捕捉手段を設けたことを特徴とする加熱装置。 A heating rotator having an electromagnetic induction exothermic member; magnetic flux generating means for generating heat by putting a magnetic flux in the electromagnetic induction exothermic member; and a pressurizing member in contact with the heating rotator; In a heating device that sandwiches and conveys a material to be heated in a nip formed by contact with the pressure member, and pressurizes and heats,
A heating apparatus, wherein the electromagnetic induction heat generating member is used in the vicinity of a Curie point, and magnetic flux capturing means is provided for capturing the magnetic flux that has passed through the electromagnetic induction heat generating member with the magnetic flux generated by the magnetic flux generation means.
前記定着装置は、請求項6に記載の加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an unfixed toner image on a recording material; and a fixing device that thermally fixes the unfixed toner image on the recording material.
The image forming apparatus according to claim 6, wherein the fixing device is a heating device according to claim 6.
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